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Simulación del Tsunami de Tumaco de 1979 (versión 2)

Propagación del tsunami del 12 de diciembre de 1979 (Mw 8,3) con una fuente de Okada y aguas someras lineales en Google Colab

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Cuaderno 2: Simulación del tsunami de 1979
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Cuaderno 2: Simulación del tsunami de 1979

Cuaderno 2: Simulación del tsunami de 1979

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Propagación del tsunami del 12 de diciembre de 1979 con ecuaciones de aguas someras lineales (LSWE) en NumPy puro. Cambios respecto a la versión 1:

Versión 1Versión 2
FuenteOnda en N con amplitud de calibración de 8 m (pico inicial de 16 m)Deformación del fondo de una falla rectangular con el modelo de Okada (1985); sin parámetro de calibración
EsquemaLax-Friedrichs (primer orden, muy difusivo)Malla escalonada forward-backward (sin difusión numérica)
Posición de la fuenteFranja N–S ligada a la celda de costa más orientalFalla ligada al epicentro
FronterasReflejantes (Neumann)Abiertas (radiación)
Dominio0,5–3,5° N, 79,5–77° O0,2° S–4,2° N, 81,2–76,9° O

Runtime: CPU, unos 2 minutos. Se ejecuta el cuaderno 1 antes (o se descarga el DEM automáticamente).

1. Escenario sísmico

La magnitud (Mw 8,3) viene de la literatura: Yoshimoto et al. (2017), citado por Escobar et al. (2020) y Ávila-Guzmán et al. (2026); la versión 1 usaba 8,2. Esos trabajos tomaron la distribución de deslizamiento de Poveda y Pulido (2019). No se tienen a la mano las dimensiones y la geometría de ese modelo, así que aquí se usa un escenario sintético de deslizamiento uniforme sobre una falla rectangular cuyos parámetros geométricos son supuestos, por verificar:

ParámetroValorEstado
Mw8,3Literatura (Yoshimoto et al., 2017)
Epicentro1,598° N, 79,359° OSegún el artículo; por verificar
Longitud × ancho200 × 80 kmSupuesto (orden de magnitud para Mw 8,3)
Rumbo / buzamiento / ángulo de desplazamiento30° / 15° / 90° (inverso)Supuesto (margen colombo-ecuatoriano con rumbo NNE)
Profundidad del borde superior12 km (el borde inferior queda a ~33 km)Supuesto; el hipocentro de 33 km se ubica en el centro del borde inferior
Módulo de rigidez, Poisson30 GPa, 0,25Valores típicos
DeslizamientoM₀ / (μ·L·W) ≈ 7,4 mDerivado

La deformación vertical del fondo se traslada tal cual a la superficie del agua (condición inicial instantánea, sin filtro por la columna de agua ni componente horizontal sobre el talud).

✓ Okada (1985) reproduce los valores de referencia de pyrocko (error máx. < 1e-5 m, 3 geometrías)
Malla 1065×1084 de 450 m | deslizamiento 7.4 m | η₀: máx. 3.14 m, mín. -1.26 m
<Figure size 850x800 with 2 Axes>

2. Solver LSWE en malla escalonada

Ecuaciones lineales con profundidad en reposo HH fija (M=HuM = Hu, N=HvN = Hv son los flujos por unidad de ancho):

∂η∂t+∂M∂x+∂N∂y=0,∂M∂t+gH∂η∂x=0,∂N∂t+gH∂η∂y=0.\frac{\partial \eta}{\partial t} + \frac{\partial M}{\partial x} + \frac{\partial N}{\partial y} = 0, \qquad \frac{\partial M}{\partial t} + gH\frac{\partial \eta}{\partial x} = 0, \qquad \frac{\partial N}{\partial t} + gH\frac{\partial \eta}{\partial y} = 0 .

η\eta se define en el centro de las celdas y MM, NN en sus caras (malla C de Arakawa); primero se actualiza η\eta y luego los flujos con el η\eta nuevo (forward-backward), un esquema clásico de diferencias finitas para aguas someras. Es de segundo orden en el espacio y no añade difusión numérica. El reposo (η=0\eta=0) es solución exacta para cualquier fondo. Las caras entre una celda de agua y una de tierra tienen flujo nulo (pared en la línea de costa); las fronteras del dominio son abiertas con la condición de radiación M=±gH ηM = \pm\sqrt{gH}\,\eta. No hay fricción ni términos no lineales: el modelo no calcula inundación en tierra.

✓ Solver definido

3. Verificación del solver

Una onda plana en un canal de 1 000 m de profundidad debe viajar a c=gHc=\sqrt{gH} sin perder amplitud. Se compara con el esquema de Lax-Friedrichs de la versión 1 (reimplementado aquí solo para la prueba).

Distancia esperada c·t = 118.9 km | malla escalonada: pico 118.3 km, amplitud 0.500 m (ideal 0,500)
Lax-Friedrichs (versión 1): amplitud 0.215 m → conserva 43 % tras 119 km
✓ Reposo exacto; ✓ onda plana

4. Estaciones

Cada estación de la tabla de observaciones se lleva a la celda de mar más cercana con profundidad de al menos 10 m y a menos de 10 km. Con 450 m de resolución y sin inundación, una celda en la línea de costa (profundidades de 0 a pocos metros) no es una lectura representativa. Las estaciones cuya coordenada cae tierra adentro, en un estuario somero o fuera del dominio se excluyen y se declara.

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5. Simulación (450 m, 60 min)

✓ 3600 pasos en 32 s | CFL = 0.70 | η máx. (profundidad ≥ 10 m) = 8.93 m
Guardado en output/resultados.npz

6. Sensibilidad

Con la malla de 900 m (4 s por corrida) se mide cuánto cambian la amplitud y el arribo en las estaciones al variar la resolución y los parámetros supuestos de la fuente. Es un análisis de un parámetro a la vez, no una cuantificación de la incertidumbre.

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